Claire Juramy - LPNHE Paris Projets spatiaux pour l’exploration de la matière noire et de l’énergie noire 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Introduction Paramètres cosmologiques Approches et méthodes observationnelles Projets spatiaux : SNAP/JDEM, DUNE Electronique intégrée pour un grand imageur spatial 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

‘Paramètres cosmologiques’ Relativité Générale Hypothèse cosmologique : univers homogène, isotrope Expansion de l’Univers (équation de Friedman) : H : taux d’expansion (‘constante de Hubble’ H0 à t0) : constante cosmologique k : courbure : -1 (ouvert), = 0 (plat), +1 (fermé) X : densités réduites (/ H02) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Energie noire Deuxième équation de Friedman : ‘Equation d’état’ de l’énergie noire : Densité : ‘Constante cosmologique’ : w = -1, w’(z) = 0 Champ scalaire dépendant du temps : w’(z)  0 Autres modèles : prédictions sur w et w’(z) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Distances et densités Décalage spectral z : 1 + z = obs / em = R0 / R Mesures de distance : Diamètre angulaire : dA = Dréel / app Mouvement propre : dM = vtransverse / ’app Distance de luminosité : dL = (Lréel/4Fmes)1/2 Densité comobile d’objets 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Mesures cosmologiques Sensibilité de dL(z) aux paramètres cosmologiques 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Outils d’exploration Supernovae de type Ia Rayonnement de fond cosmologique (CMB) Cisaillement gravitationnel (‘Cosmic Shear’ ou ‘Weak Lensing’) Amas de galaxies (‘clusters’) Oscillations baryoniques dans le spectre de puissance des galaxies … 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Supernovae de type Ia Très lumineuses, de durée limitée (2 mois) Chandelles étalonnables : courbes de lumière, relation luminosité réelle / temps de montée Décalage spectral z : spectrométrie, galaxie hôte Distance de luminosité : dL(z) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Le CMB Rayonnement de fond cosmologique : 2.74 K Anisotropies ~10-5 : inhomogénéités à la recombinaison (WMAP Science Team) Couleurs : + 200 µK 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Le CMB Spectre de puissance des anisotropies Mesure de distance angulaire (‘pic acoustique’) Datation (z) par le refroidissement Mesure de la courbure WMAP (1 an d’intégration) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Le CMB Autres paramètres : dégénérescences Prochaine génération de satellite : PLANCK Hu et Dodelson (2002) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Formation des structures Simulation par Stéphane Colombi (IAP) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris ‘Weak Lensing’ Mesure de la distorsion moyenne des galaxies (grossissement et 2 paramètres de cisaillement) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris ‘Weak Lensing’ Corrélation spatiale du cisaillement des images de galaxies  ‘spectre de puissance de la matière’ 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris ‘Weak Lensing’ P(s)  H04 M2 Autres paramètres : dépendance par les distances, modèle de croissance des structures 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Diagramme de concordance 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris SNLS au CFHT Durée prévue : 5 ans CFHT :  3.6 m (1979) Megacam (DAPNIA) : 1 deg2 , 42 CCD 2k*4K, 328 Mpixel 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris SNLS au CFHT Exploration répétée sur 4 champs dans 5 filtres Multiplexage : acquisition des courbes de lumière en parallèle (au moins 5 SNe par image) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris SNLS : spectrométrie Identification / Confirmation spectrométrique : télescopes de 8 m à 10 m (VLT, Keck, …) Type Ia, z = 0.93, VLT 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

SNLS : résultats récents Diagramme : 46 Supernovae de SNLS de z = 0.2 à 0.95 + Supernovae historiques de Calan/Tololo 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

SNIFS : supernovae proches Physique des supernovae Ia, étude de la diversité Mesures dans le flot de Hubble à bas z (< 0.08) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Projet spatial : Supernovae Ia Décalages spectraux plus élevés pour w(z) Augmenter la statistique Contrôler les erreurs systématiques Avoir un échantillon homogène Problèmes au sol : Variabilité Absorption et émission dans l’infra-rouge Résolution angulaire (PSF) Suivi irrégulier (météo, Lune) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Projet spatial : cisaillement Keck / ESI : 3 poses de 5 min successives (avant et après correction) Anisotropies de l’atmosphère Photométrie visible et infra-rouge pour les mesures de décalages spectraux Homogénéité des données (spatiale et spectrale) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Chronologie récente 2003 : SNAP (SuperNova / Acceleration Probe), 1ère priorité à 15 ans pour le DOE Octobre 2003 : JDEM (Joint Dark Energy Mission), 75% NASA - 25% DOE Janvier 2004 : NASA : report des missions ‘Einstein Probes’ ‘au-delà de l’horizon budgétaire’ (5 ans) Mars 2004 : idée d’un imageur spatial à grand champ européen (prospective ESA 2015-2025) Octobre 2004 : début de phase 0 (pré-étude) de DUNE au CNES 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris JDEM – DUNE Programme scientifique : SNe Ia (>2000), Weak Lensing (>300 deg2), autres (SNe II, oscillations baryoniques), programmes invités nécessitant un imageur spatial à grand champ JDEM (option SNAP): Science Definition Team (US only), R&D (DOE) Budget : 1.2 G$ Miroir :  2.0 m DUNE : Phase 0 au CNES : concept scientifique et faisabilité Budget : 0.3 G€ Miroir :  1.3 m 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris JDEM – DUNE : Concept JDEM (option SNAP) DUNE Miroir primaire 2.0 m 1.3 m Imageur 0.7 deg2, 700 Mpixel 0.5 deg2 Couverture spectrale 350 nm – 1700 nm 9 bandes (6 visibles, 3 proche infra-rouge) Spectroscopie Spectromètre intégral IFU (système ‘slicer’) Pas de spectromètre : Au sol ? Grismes ? JWST ? 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

JDEM – DUNE : Observations JDEM (option SNAP): 3 ans : 30 mois SNe - 6 mois WL Supernovae : 15 deg2 tous les 4 jours pendant 30 mois (objectif : 2000 SNe) Cisaillement : 300 deg2 DUNE : 3 ans : 50% SNe - 50% WL Supernovae : 10 deg2 tous les 6 jours et 100 deg2 tous les 4 jours (objectif : 10 000 SNe) 1000 deg2 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

JDEM – DUNE : Cosmologie 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

JDEM – DUNE : Institutions JDEM (option SNAP) : JPL DOE LBNL, Michigan, Stanford, Fermilab, … IN2P3, LAM Autres JDEM (option DESTINY) DUNE : DAPNIA INSU / IAP IN2P3 : structure de projet à mettre en place … Appel d’offre (NASA / DOE, ESA ?) dans ~ 2 ans 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Plan focal de SNAP WFC3 (HST) Visible (0.35 à 1.0 µm) : 36 CCD 3.5k*3.5k, pixels 10.5 µm, 6 filtres Proche Infra Rouge (0.9 à 1.7 µm) : 36 APS HgCdTe 2k*2k, pixels de 18 µm, 3 filtres 13 cm 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Défis technologiques : plan focal Infra-rouge : technologie à développer Mécanique : précision sur le positionnement des éléments (5 µm) Electrique : alimentation disponible limitée Thermique : températures de fonctionnement préférées : 80 K pour l’IR, 200 K pour les CCD Electronique intégrée : compacité, faible consommation électrique, adaptation à la température du plan focal, tenue aux radiations 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Lecture de CCD Contenu d’un pixel : de 2 à 250 000 électrons Dynamique : 17 bits Capacité de lecture : 50 fF, 4 µV / électron Remise à zéro : 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris R&D ASIC au LPNHE Premier circuit : Double Intégrateur (DMILL) Deuxième circuit : Double Gain, ‘Clamp and Sample’ (AMS 0.35 µ) ASIC limité en tension (5 V) Gain maximum pour pixel saturé : x 3 Haut gain : x 96 Dynamique totale 17 bits avec ADC 12 bits Prochain étape : intégration d’une chaîne complète (ADC inclus), pour les capteurs CCD et IR 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris R&D ASIC au LPNHE Bruit total de l’amplificateur (pour les 2 gains) Bruit en fonction de la méthode et du temps/pixel 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris R&D ASIC au LPNHE Spectre de bruit en fonction de la température 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Bancs de test au LPNHE Insertion dans l’ensemble de la chaîne de lecture Tests sur le capteur infra-rouge HgCdTe (Rockwell) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris R&D Détecteurs Comprendre le bruit de courant d’obscurité Tester le système de ‘multiread’ 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris

Claire Juramy - LPNHE Paris Conclusions Participation importante de l’IN2P3 dans les projets actuels (au sol) Expériences actuelles : confirmer les premiers résultats de la cosmologie expérimentale, mesurer w à + 10 % Projets spatiaux en pré-étude ; possibilité de participer à la définition du projet DUNE Rôle possible pour l’IN2P3 au cœur du projet (technologie de l’imageur spatial, science) 15 Novembre 2004 Claire Juramy - LPNHE Paris